फोटोवोल्टिक प्रभाव और इसकी किस्में

पहली बार, तथाकथित फोटोवोल्टिक (या फोटोवोल्टिक) प्रभाव 1839 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी एलेक्जेंडर एडमंड बेकरेल द्वारा देखा गया था।

अपने पिता की प्रयोगशाला में प्रयोग करते हुए, उन्होंने पाया कि इलेक्ट्रोलाइटिक घोल में डूबी प्लेटिनम प्लेटों को रोशन करके, प्लेटों से जुड़ा एक गैल्वेनोमीटर किसकी उपस्थिति का संकेत देता है? वैद्युतवाहक बल... जल्द ही उन्नीस वर्षीय एडमंड को अपनी खोज के लिए एक उपयोगी एप्लिकेशन मिला - उन्होंने एक एक्टिनोग्राफ बनाया - घटना प्रकाश की तीव्रता को रिकॉर्ड करने के लिए एक उपकरण।

आज, फोटोवोल्टिक प्रभावों में घटना का एक पूरा समूह शामिल है, एक या दूसरे तरीके से, एक बंद सर्किट में विद्युत प्रवाह की उपस्थिति से संबंधित, जिसमें एक प्रबुद्ध अर्धचालक या ढांकता हुआ नमूना, या एक प्रबुद्ध नमूने पर ईएमएफ घटना शामिल है, यदि बाहरी सर्किट खुला है। इस मामले में, दो प्रकार के फोटोवोल्टिक प्रभाव प्रतिष्ठित हैं।

पहले प्रकार के फोटोवोल्टिक प्रभावों में शामिल हैं: उच्च विद्युत फोटो-ईएमएफ, वॉल्यूम फोटो-ईएमएफ, वाल्व फोटो-ईएमएफ, साथ ही फोटोपीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव और डेम्बर प्रभाव।

दूसरे प्रकार के फोटोवोल्टिक प्रभावों में शामिल हैं: फोटॉनों द्वारा इलेक्ट्रॉनों के प्रवेश का प्रभाव, साथ ही सतह, परिपत्र और रैखिक फोटोवोल्टिक प्रभाव।

पहले और दूसरे प्रकार के प्रभाव

पहले प्रकार के फोटोवोल्टिक प्रभाव एक ऐसी प्रक्रिया के कारण होते हैं जिसमें एक प्रकाश प्रभाव दो वर्णों - इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के मोबाइल विद्युत आवेश वाहक उत्पन्न करता है, जो नमूने के स्थान में उनके पृथक्करण की ओर जाता है।

पृथक्करण की संभावना इस मामले में या तो नमूने की असमानता से संबंधित है (इसकी सतह को नमूने की असमानता के रूप में माना जा सकता है) या रोशनी की असमानता के लिए जब प्रकाश सतह के करीब अवशोषित हो जाता है या जब इसका केवल एक हिस्सा होता है नमूना सतह रोशन है, इसलिए ईएमएफ उन पर पड़ने वाले प्रकाश के प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों के थर्मल संचलन की गति में वृद्धि के कारण उत्पन्न होता है।

दूसरे प्रकार के फोटोवोल्टिक प्रभाव प्रकाश द्वारा आवेश वाहकों के उत्तेजना की प्राथमिक प्रक्रियाओं की विषमता, उनके बिखरने और पुनर्संयोजन की विषमता से जुड़े हैं।

इस प्रकार के प्रभाव विपरीत आवेश वाहकों के जोड़े के अतिरिक्त गठन के बिना प्रकट होते हैं, वे इंटरबैंड संक्रमणों के कारण होते हैं या अशुद्धियों द्वारा आवेश वाहकों के उत्तेजना से संबंधित हो सकते हैं, इसके अलावा, वे प्रकाश ऊर्जा के अवशोषण के कारण हो सकते हैं मुफ्त शुल्क वाहक।

अगला, आइए फोटोवोल्टिक प्रभावों के तंत्र को देखें। हम पहले पहले प्रकार के फोटोवोल्टिक प्रभावों को देखेंगे, फिर दूसरे प्रकार के प्रभावों पर अपना ध्यान केन्द्रित करेंगे।

मोटा प्रभाव

डंबर प्रभाव नमूने की एक समान रोशनी के तहत हो सकता है, बस इसके विपरीत पक्षों पर सतह पुनर्संयोजन दरों में अंतर के कारण। नमूने की असमान रोशनी के साथ, डेम्बर प्रभाव इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के प्रसार गुणांक (गतिशीलता में अंतर) में अंतर के कारण होता है।

स्पंदित रोशनी द्वारा शुरू किए गए डेम्बर प्रभाव का उपयोग टेराहर्ट्ज़ रेंज में विकिरण उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। डेम्बर प्रभाव उच्च-इलेक्ट्रॉन-गतिशीलता, संकरी-अंतर अर्धचालक जैसे InSb और InAs में सबसे स्पष्ट है। [बैनर_एडसेंस]

बैरियर फोटो-ईएमएफ

गेट या बैरियर फोटो-ईएमएफ एक विद्युत क्षेत्र द्वारा इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को अलग करने का परिणाम है शोट्की बैरियर का धातु-अर्धचालक संपर्क के साथ-साथ क्षेत्र के मामले में भी पी-एन-जंक्शन या विषमता।

पीएन-जंक्शन के क्षेत्र में सीधे उत्पन्न होने वाले दोनों आवेश वाहकों के संचलन से यहाँ धारा बनती है, और वे वाहक जो इलेक्ट्रोड के करीब के क्षेत्रों में उत्तेजित होते हैं और प्रसार द्वारा मजबूत क्षेत्र के क्षेत्र में पहुँचते हैं।

जोड़ी पृथक्करण पी क्षेत्र में छेद प्रवाह और एन क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन प्रवाह के गठन को बढ़ावा देता है। यदि सर्किट खुला है, तो ईएमएफ पीएन जंक्शन के लिए सीधी दिशा में कार्य करता है, इसलिए इसकी क्रिया मूल घटना के लिए क्षतिपूर्ति करती है।

यह प्रभाव कार्यप्रणाली का आधार है सौर कोशिकाएं और कम प्रतिक्रिया वाले अत्यधिक संवेदनशील विकिरण डिटेक्टर।

वॉल्यूमेट्रिक फोटो-ईएमएफ

बल्क फोटो-ईएमएफ, जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, डोपेंट की एकाग्रता में बदलाव के साथ या रासायनिक संरचना में बदलाव के साथ जुड़ी असमानताओं पर नमूने के थोक में आवेश वाहकों के जोड़े के अलग होने के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है (यदि अर्धचालक यौगिक है)।

यहाँ, जोड़ियों के अलग होने का कारण तथाकथित है फर्मी स्तर की स्थिति में बदलाव से निर्मित एक काउंटर विद्युत क्षेत्र, जो बदले में अशुद्धता एकाग्रता पर निर्भर करता है। या, यदि हम एक जटिल रासायनिक संरचना के साथ एक अर्धचालक के बारे में बात कर रहे हैं, तो बैंड की चौड़ाई में बदलाव के परिणामस्वरूप जोड़े का विभाजन होता है।

बल्क फोटोइलेक्ट्रिक्स की उपस्थिति की घटना उनकी एकरूपता की डिग्री निर्धारित करने के लिए अर्धचालकों की जांच पर लागू होती है। नमूना प्रतिरोध भी असमानताओं से संबंधित है।

उच्च वोल्टेज फोटो-ईएमएफ

असामान्य (उच्च वोल्टेज) फोटो-ईएमएफ तब होता है जब गैर-समान रोशनी नमूने की सतह के साथ निर्देशित विद्युत क्षेत्र का कारण बनती है। परिणामी ईएमएफ का परिमाण प्रबुद्ध क्षेत्र की लंबाई के समानुपाती होगा और 1000 वोल्ट या उससे अधिक तक पहुंच सकता है।

तंत्र या तो डेम्बर प्रभाव के कारण हो सकता है, यदि फैलाने वाले प्रवाह में सतह-निर्देशित घटक होता है, या सतह पर प्रोजेक्टिंग पी-एन-पी-एन-पी संरचना के गठन से होता है। परिणामी उच्च-वोल्टेज EMF असममित n-p और p-n जंक्शनों की प्रत्येक जोड़ी का कुल EMF है।

फोटोपीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव

फोटोएपिज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव नमूना के विरूपण के दौरान एक फोटोक्रेक्ट या फोटोईएमएफ की उपस्थिति की घटना है। इसका एक तंत्र अमानवीय विरूपण के दौरान बल्क EMF की उपस्थिति है, जिससे अर्धचालक के मापदंडों में बदलाव होता है।

फोटोएपिसोइलेक्ट्रिक ईएमएफ की उपस्थिति के लिए एक अन्य तंत्र अनुप्रस्थ डेम्बर ईएमएफ है, जो एक अक्षीय विरूपण के तहत होता है, जो आवेश वाहकों के प्रसार गुणांक के अनिसोट्रॉपी का कारण बनता है।

बाद वाला तंत्र मल्टीवैली सेमीकंडक्टर विकृतियों में सबसे प्रभावी है, जिससे घाटियों के बीच वाहक का पुनर्वितरण होता है।

हमने पहले प्रकार के सभी फोटोवोल्टिक प्रभावों को देखा है, फिर हम दूसरे प्रकार के प्रभावों को देखेंगे।

फोटॉनों द्वारा इलेक्ट्रॉन आकर्षण का प्रभाव

यह प्रभाव फोटोन से प्राप्त संवेग पर फोटोइलेक्ट्रॉनों के वितरण में विषमता से संबंधित है। ऑप्टिकल मिनीबैंड संक्रमण के साथ द्वि-आयामी संरचनाओं में, स्लाइडिंग फोटोक्रेक्ट मुख्य रूप से एक निश्चित गति दिशा के साथ इलेक्ट्रॉन संक्रमण के कारण होता है और बल्क क्रिस्टल में संबंधित वर्तमान से काफी अधिक हो सकता है।

रैखिक फोटोवोल्टिक प्रभाव

यह प्रभाव नमूने में फोटोइलेक्ट्रॉनों के असममित वितरण के कारण होता है। यहां, विषमता दो तंत्रों द्वारा बनाई गई है, जिनमें से पहला बैलिस्टिक है, क्वांटम संक्रमण के दौरान नाड़ी की दिशात्मकता से संबंधित है, और दूसरा कतरनी है, इलेक्ट्रॉनों के वेवपैकेट के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र में बदलाव के दौरान क्वांटम संक्रमण।

रैखिक फोटोवोल्टिक प्रभाव फोटॉनों से इलेक्ट्रॉनों के संवेग के हस्तांतरण से संबंधित नहीं है, इसलिए, एक निश्चित रैखिक ध्रुवीकरण के साथ, जब प्रकाश प्रसार की दिशा उलट जाती है तो यह नहीं बदलता है। प्रकाश अवशोषण और बिखरने और पुनर्संयोजन की प्रक्रिया में योगदान होता है वर्तमान (इन योगदानों को थर्मल संतुलन पर मुआवजा दिया जाता है)।

डाइलेक्ट्रिक्स पर लागू यह प्रभाव, ऑप्टिकल मेमोरी के तंत्र को लागू करना संभव बनाता है, क्योंकि यह अपवर्तक सूचकांक में बदलाव की ओर जाता है, जो प्रकाश की तीव्रता पर निर्भर करता है, और इसके बंद होने के बाद भी जारी रहता है।

परिपत्र फोटोवोल्टिक प्रभाव

प्रभाव तब होता है जब जाइरोट्रोपिक क्रिस्टल से अण्डाकार या गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश द्वारा प्रकाशित किया जाता है। जब ध्रुवीकरण बदलता है तो EMF संकेत को उलट देता है। प्रभाव का कारण स्पिन और इलेक्ट्रॉन गति के बीच के संबंध में निहित है, जो जाइरोट्रोपिक क्रिस्टल में निहित है। जब इलेक्ट्रॉन गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश से उत्तेजित होते हैं, तो उनके स्पिन वैकल्पिक रूप से उन्मुख होते हैं, और तदनुसार एक दिशात्मक वर्तमान स्पंद होता है।

?

विपरीत प्रभाव की उपस्थिति वर्तमान की कार्रवाई के तहत ऑप्टिकल गतिविधि की उपस्थिति में व्यक्त की जाती है: संचरित वर्तमान जाइरोट्रोपिक क्रिस्टल में स्पिन के उन्मुखीकरण का कारण बनता है।

अंतिम तीन प्रभाव जड़त्वीय रिसीवरों में काम करते हैं। लेजर विकिरण.

सतह फोटोवोल्टिक प्रभाव

सतह फोटोवोल्टिक प्रभाव तब होता है जब प्रकाश की तिरछी घटना के दौरान फोटॉनों से इलेक्ट्रॉनों में संवेग के हस्तांतरण के कारण धातुओं और अर्धचालकों में मुक्त आवेश वाहकों द्वारा प्रकाश परावर्तित या अवशोषित होता है और सामान्य घटना के दौरान भी अगर क्रिस्टल की सतह पर सामान्य भिन्न होता है प्रमुख क्रिस्टल कुल्हाड़ियों में से एक से दिशा।

प्रभाव में नमूने की सतह पर प्रकाश-उत्तेजित आवेश वाहकों के बिखरने की घटना शामिल है। इंटरबैंड अवशोषण के मामले में, यह इस शर्त के तहत होता है कि उत्तेजित वाहकों का एक महत्वपूर्ण अंश बिखरने के बिना सतह पर पहुंचता है।

इसलिए जब इलेक्ट्रॉन सतह से परावर्तित होते हैं, तो एक बैलिस्टिक करंट बनता है, जो सतह के लंबवत निर्देशित होता है। यदि, उत्तेजित होने पर, इलेक्ट्रॉन खुद को जड़ता में व्यवस्थित करते हैं, तो सतह के साथ-साथ निर्देशित धारा दिखाई दे सकती है।

इस प्रभाव की घटना के लिए स्थिति सतह के साथ चलने वाले इलेक्ट्रॉनों के लिए "सतह की ओर" और "सतह से" गति के औसत मूल्यों के गैर-शून्य घटकों के संकेत में अंतर है। स्थिति पूरी हो जाती है, उदाहरण के लिए, क्यूबिक क्रिस्टल में, पतित वैलेंस बैंड से चालन बैंड तक आवेश वाहकों के उत्तेजन पर।

एक सतह द्वारा फैलाने वाले बिखरने में, उस तक पहुंचने वाले इलेक्ट्रॉन सतह के साथ संवेग के घटक को खो देते हैं, जबकि सतह से दूर जाने वाले इलेक्ट्रॉन इसे बनाए रखते हैं। इससे सतह पर करंट का आभास होता है।